Tích chất cơ học của đá-1

NQP/C hc / 3. Tnh cht c hc ca v khi /2005

CHD/2005/C3 63

Hnh 3-1 . c im mu

mu

rn cng

mt phn cch

3. Tnh cht c hc ca v khi 3.1. Tnh cht c hc ca ( lin khi -intact rock) 3.1.1. Phng php th nghim

Cc tnh cht c hc ca , hay lin khi, nguyn vn, c

nghin cu trong phng th nghim, trn cc mu kh nh, tch ra t cc khi nt (hnh 3-1), ngha l trong mu khng c cc khe nt h, xuyn sut. Tuy nhin, so vi cc loi vt liu k thut khc nh thp, cht do, c cu trc khng u v cc phn t cu trc c kch thc ln hn. Do vy m bo tnh ng nht ca mu th nghim, kch thc ca mu phi ln so vi kch thc ht khong vt hay nhm ht khong vt. Ngoi ra, nu c cha cc vt nt, l rng vi m, cu trc ca li b chi phi bi cc yu t ny, thng li i hi kch thc mu ln hn na. Tuy nhin vi k thut hin nay, trong phng th nghim thng kho st cc mu c kch thc n 20cm, trong t trng hp cng c th n 50cm. Nu yu cu v tnh i din v tnh ng nht i hi kch thc mu vt ra ngoi gii hn ny, ng nhin phi chuyn sang lm th nghim ti hin trng.

Mu c gia cng vi chnh xc nht nh, theo yu cu c th

trong cc quy chun, v d trong th nghim nn, li lm b mt khng c qu 0,03mm v sai lch v song song gia hai mt y khng c qu 0,05mm. Mu c ly ra t khi , dng cc tng , tch ra bng phng php khoan l lin l, hoc cc cc o ra, nhng khng gy ra cc vt nt n do o. Trn hnh 3-2 l cc s th nghim ph bin.

Tri qua qu trnh pht trin, ngy nay trn th gii c nhiu thit b th nghim c ci tin, hon thin. Ni chung, cc my hin i cho php th nghim theo chng trnh nh sn, chng hn vi ch iu khin ti trng hay ch iu khin bin dng; ng thi cc kt qu o c ghi nhn t ng v hin th trn my tnh, x l theo chng trnh.

Trn hnh 3-3 cho thy mt s thit b th nghim hin i, bao gm my th nghim nn ba trc, ko, nn mt trc; my lin hp th nghim ct cho php thc hin th nghim ct v nn mt trc.


CHD/2005/C3 64

Hnh 3-3. Thit b th nghim hin i

Hnh 3-2. Cc s th nghim (cht ti) trong phng th nghim

nn hai trc

1

2

nn ba trc

1

23

1 2 =3

nn ba trc thc s 1

23

1 23

nn mt trc

ko mt trc

nn/kotch ct

F

T

ct bin gc


CHD/2005/C3 65

3.1.1.1. Th nghim nn Th nghim nn l phng php ph bin nht, cc biu hin bin

dng (quan h gia ng sut v bin dng) ca ch yu c nghin cu thng qua th nghim nn. iu trc tin l do nguyn nhn k thut bi v th nghim nn d thc hin hn th nghim ko. Mt khc, do bn ko ca thng c th nh ti 1/10 n 1/30 bn nn, nn biu hin bin dng khi chu ko t c quan tm v thc t cng kh xc nh.

Thng thng phn bit hai ch th nghim l: iu khin ti trng v iu khin bin dng.

Trong ch iu khin ti trng, lc tc dng thng c tng hay gim dn vi tc khng i (nn vi tc tng ti c nh) hoc c gi c nh (nn vi ti trng c nh hay th nghim t bin). Ch iu khin bin dng c trng bi qu trnh th nghim gi cho tc bin dng ca mu khng i.

Trong qu trnh cht ti (tng v gim ti) ln mt mu , khng ch c mu m c h thng cht ti cng b bin dng. Ty theo cng ca h thng cht ti ca my th nghim, so vi cng ca mu th nghim, cc my th nghim c phn ra hai nhm:

my c cng ln hay h thng cng v my c cng nh hay h thng mm. bin thin ca ng c tnh khi gim ti ca h thng cht ti

phn nh cng ca my. Vi F l lc tc dng, l l bin dng tuyt i, km l cng, trn hnh 3-4, cho v d h thng a1 c cng ln hn h thng a2. Ni chung cc h thng th nghim ch cho php iu khin ti trng thng l h thng mm.

Hnh 3-4. Khi nim cng ca h thng cht ti

km

a1 a2 F

l

kch nn

mu mu

khi lng

l xo


CHD/2005/C3 66

Hnh 3-5. Mu th nghim nn mt trc

dn k dc

dn k ngang

Nn mt trc (hay n trc) Vi cc my th nghim hin i,

khi tin hnh th nghim nn mt trc, cc mu th nghim thng c gn cc u o bin dng dc v bin dng ngang (khi nim u o y c hiu l tt c cc loi cm bin khc nhau-t ng h, phin in tr, cho n cc thanh, vng cm ng in t...). Nh cc cm bin ny cho php ghi nhn cng nh hin th cc d liu (s liu cng nh biu ) trong qu trnh th nghim. u im c bn ca k thut o l ghi nhn c ton b s liu chnh xc v bin dng dc v ngang ca mu trong qu trnh th nghim. Cc kt qu o li c th c s dng iu khin th nghim. Hnh 3-5 cho thy mu c chun b cho th nghim nn n trc. Dung c o bao gm dn k o bin dng dc v dn k o bin dng ngang. Nn ba trc

Tng t nh trong th nghim

nn mt trc, cc cm bin c gn o bin dng dc v ngang. Mu c bc bng mng cht do mng, trnh kh nng xm nhp ca du thy lc vo mu, c a vo trong xy lanh (bung Karman) v cht ti xung quanh bi p lc du thy lc. Hnh 3-6 v 3-7 cho thy qu trnh chun b mu th nghim. Vi thit b t ng bo mu b ph hy, cc my hin i cho php c th iu khin t ng qu trnh cht ti theo nhiu nc, khng ph thuc vo trng thi ca mu. Hnh 3-6. Chun b mu nn ba trc: bc mu v gn cc dn k


CHD/2005/C3 67

tm nn

ng dn du

bung nn

p lc

Hnh 3-8. Nn/ko tch

3.1.1.2. Th nghim nn tch/ko tch

bn ca khi chu ko c th c

xc nh bng cc phng php sau: ko n trc hay mt trc, ko tch hay nn tch, ko qua un, ko qua th nghim ba trc. Tuy nhin, do nhng kh khn v chi

ph nn phng php c p dng ph bin hin nay l ko tch hay nn tch (hnh 3-8), tc l nn mu hnh tr dc theo ng sinh. Phng php ny cng c gi l phng php Bradin.

Hnh 3-7. Chun b mu nn ba trc: mu trong bung nn thy lc


CHD/2005/C3 68

D

L

Fmax

Hnh 3-9. Mt ph hy khi ko tch

Hnh 3-10. My th nghim ct

Phng php hnh thnh xut pht t li gii bi ton nn tm trn bng ti trng tp trung trong l thuyt n hi. Khi chu nn, theo hng vung gc vi mt ct dc theo ng sinh xut hin ng sut ko v gy ph hy mu do ko (hnh 3-9) khi ng sut ko t kh nng chu ko ca mu.

bn ko qua th nghim ko tch c xc nh theo biu thc:

.D.Lmax2F*

K = (3-1)

3.1.1.3. Th nghim ct

Th nghim ct hay trt c s

dng xc nh kh nng chu ti ca mu khi chu ct thun ty hoc ct kt hp nn. Hnh 3-10 l mt my th nghim ct hin i, cho php phi hp gy lc nn v cc lc ct. Bng th nghim ny xc nh c trng thi ph hy do ct, qua cc thnh phn ng sut php v ng sut tip ti thi im mu b ph hy, c th trong mi quan h: F(*, *) =0 (3-2) Ngha l ng vi mt gi tr * lun c mt gi tr * tng ng gy ra ph hy ct hay trt, ty theo loi .


CHD/2005/C3 69

3.1.2. Cc biu hin c hc ca qua th nghim nn 3.1.2.1. Biu hin c hc khi nn mt trc vi tc tng ti v tc bin dng khng i

Trong th nghim nn n trc hay mt trc, mu th nghim thng

c dng hnh tr chu ti trng nn dc theo trc mu. Dch chuyn v bin dng dc trc v ngang trc c ghi li cng vi qu trnh bin thin ca ti trng.

Hnh 3-11 l cc s c trng v biu hin ca , nhn c bng th nghim. Trn hnh 3-11a l dng biu tng qut trong trng hp th nghim ch iu khin ti trng, ngha l tng ti vi tc khng i. Tuy nhin, dng biu ny cng c th nhn c ngay c cc my th nghim iu khin bin dng, khi mu c biu hin dn. Biu 3-11b l kt qu c trng, nhn c trn cc my th nghim c h thng cht ti cng v trong ch th nghim iu khin theo bin dng.

T cc kt qu tng hp ny, cho php rt ra cc nhn xt sau y v

cc biu hin c hc ca . a) Trong giai on khi u th nghim, th ng sut-bin dng c th

c dng lm do cc nguyn nhn sau: cc mt y mu khng song song, dn n din tch mt tip xc

nh, bin dng khng u v tc bin dng gim nhanh trong mu th nghim c cc khe nt vi m nm ngang, do vy khi

tng ti cc khe nt c khp kn dn, tng dn din tch nhn ti, gim nhanh tc bin dng;

b) Tip th c dng gn tuyn tnh (thng) trong mt phm vi nht nh. Bin dng ca mu c coi l n nh.

c) Nhng tip tc tng ti s lm xut hin cc vt nt vi m trong mu , do vy bin dng tng phi tuyn.

d)Ti trng tip tc tng s lm cc khe nt pht trin v cui cng dn n s ph hy mu. Gi tr cc i ca ng sut t c phn nh kh nng chu nn n trc (hay mt trc) ca .

)S dng cc my th nghim c cng ln (ln hn cng ca mu), c th nhn c th v quan h gia ng sut v bin dng sau gii hn ph hy, vi hnh dng nht nh, ty thuc vo c tnh ca loi .


CHD/2005/C3 70

Khi th nghim trn h thng cng, qu trnh ph hy sau khi ti

trng t c bn ca mu s din ra cng ph thuc vo cng ca my. Hnh 3-12 m phng ng c tnh ca my, ng c tnh ca mu cng vi cc kt qu nhn c cho hai trng hp my mm v my cng.

khe nt khp li

bin dngn hi tuyn tnh

cc vt nt pht trin n nh

cc vt nt pht trin khng n nh

dc trcngang trc th tch

ngang dc

dc trc ph hy *N =a)

Hnh 3-11. Biu ng sut-bin dng khi nn n trc

ng

sut

nn

dc

trc

Bin dng dc trc

*N

Trc ph hy Sau ph hy

b)


CHD/2005/C3 71

Hnh 3-12. 1) ng c tnh ca my v mu th nghim; 2) My mm; 3) My cng

Trng hp my mm, cng bin dng ca mu (AM=din tch ABDE)

nh hn cng gim ti ca h thng cht ti (AH=din tch AM1DE), nh vy phn nng lng d trong h thng (th nng tch ly khi tng ti), c gii phng gp phn lm cho qu trnh xy ra mt n nh. Ngc li khi h thng cht ti l cng, cng c hc do gim ti (din tch AM2DE) nh hn cng bin dng ca mu, do vy i hi phi gy cng c hc t h thng cht ti v khi qu trnh bin dng ph hy sau gii hn s xy ra n nh. Hin tng ny c ch khi thit k cc tr bo v, phi phn tch cc qu trnh v n (ph hy km theo ting n ln do gii phng nng lng trong khai thc hm l).

Xut pht t nhng kt qu v c im nu trn ca hai h thng my cng v my mm, ng thi cng do c im ring ca lnh vc C hc l phi nghin cu c cc hin tng sau khi khi chuyn sang trng thi ph hy hoc ang trng thi ph hy, nn hin nay C hc ch yu s dng cc my th nghim c h thng cht ti cng, iu khin bin dng.

Tng hp cc kt qu nghin cu cho thy cc loi c nhng biu hin bin dng rt a dng, ph thuc vo nhiu yu t khc nhau.

V d, nghin cu nn mu ca 28 loi trong iu kin cht ti vi tc tng ti khng i (cng cn gi l ch tng ti cng bc), Miller nhn c 6 dng biu in hnh khc nhau cho cc loi , th hin trn hnh 3-13.

Biu loi 1, c c trng bi mi quan h tuyn tnh gia ng sut v bin dng cho n khi mu vt b ph hu hon ton, thu c cc mu bazan, quaczit, iaba, lmit v vi rt cng chc. Biu loi 2, c trng cho tnh n hi- do, thu c cc loi l vi mn, bt kt.


CHD/2005/C3 72

Biu loi 3, thu c cc loi ct kt, granit v phin khi nn theo phng song song vi mt phn phin, th hin tch cht do - n hi. gnai cho kt qu nh biu loi 4, vi tnh do - n hi - do. phin khi chu nn vung gc vi mt phn phin cho kt qu nh biu loi 5, th hin tnh do - n hi - do. Biu loi 6, nhn c cc loi mui, th hin r tnh chy nht hay chy do.

Tuy nhin trong ti liu ca tc gi khng cho bit tr s ca tc tng ti khi tin hnh th nghim.

nhiu loi , khi tin hnh th nghim cc mu vi tc tng ti khc nhau c th nhn c cc biu th nghim khc nhau. Kt qu thu c mui cacnalit trong hnh 3-14 l mt th d in hnh. Khi tc tng ti nh, bin dng t i ln; ngc li khi tc tng ti cng ln, bin dng t i ton phn cng nh i; ngoi ra hnh dng biu - cng thay i. Biu thc nghim khi tc tng ti v = 11MPa/s c dng ng thng.

S ph thuc ca kt qu th nghim vo tc tng ti ng thi cng cho thy vai tr ca vic n nh tc tng ti trong qu trnh th nghim. R rng l nu khng ch yu t ny, s c th i n nhn nh sai v tnh cht ca i tng c nghin cu. Kt qu th nghim trong mt iu kin c th ch c th phn nh c biu hin ca vt th trong iu kin . Mun c c nhn nh v tnh cht ca vt th i hi phi tin hnh th nghim vi cc iu kin khc nhau.

1

3

6

4 5

2

Hnh 3-13. Kt qu th nghim t 28 loi theo Miller


CHD/2005/C3 73

[MPa]

[%]

800C

200C Hnh 3-15. nh hng ca nhit n bin dng ca mui m

Nhit cng gy nh hng ng k n biu hin bin dng, cng nh tc tng ti. Hnh 3-15 minh ha kt qu thu c mu mui m nhit l 200C v 800C trong iu kin th nghim v= 0,5MPa/s v mnh L/D =2. Kt qu cho thy l khi nhit cng tng, kh nng bin dng ca mu cng tng. Mc bin ng theo nhit ng nhin ty thuc vo tng loi c th. Nghin cu nh hng ca nhit n biu hin c hc ca c nghi c bit khi cc cng trnh b tr su trong lng v tri t (v cng xung su nhit cng cao), v trong cc khu vc chu nh hng ca cc ngun a nhit.

Do nhng c im phc tp ca cc loi , nghin cu s nh

hng ca kch thc v hnh dng mu th nghim n biu hin c hc l vn lun c ch c bit trong C hc , lin quan vi tnh ng nht v khng ng nht ca mu th nghim cng nh nh hng ca ma st gia tm nn v mu.

Da vo cc dng hiu hin sau trng thi ph hy c th phn ra ba nhm l bin dng do, bin dng do gim bn hay dn-do v bin dng dn hay ph hy dn (hnh 3-16).

[%]

54 3

1

1: v= 11MPa/s ; 2: v= 2,5MPa/s ; 3: v= 0,4MPa/s ; 4: v= 0,002MPa/s ; 5: v= 0,00072MPa/s .

2

Hnh 3-14. nh hng ca tc tng ti n biu hin bin dng ca mu mui ( vi L/D =2)

L

D


CHD/2005/C3 74

Hnh 3-18. nh hng kch thc mu

mu cng ln bn cng nh, tnh dn cng gim

bn ln tnh dn cao

kch thc tng

kch thc gim

cc loi c biu hin bin dng dn-do, trong trng thi ph hy hon ton, vn cn c th c kh nng nhn ti nht nh, gi tr kh nng nhn ti c gi l bn d ( bn cn li) nh trn hnh 3-17. c bin dng do sau trng thi ph hy c kh nng nhn ti khng i v b ph hy hon ton khi bin dng t gi tr cc i.

Cc kt qu th nghim vi cc my cng, iu khin bin dng cho

thy rt r nh hng ca kch thc v hnh dng mu n biu hin c hc. Trn hnh 3-18 l s

in hnh phn nh nh hng ca kch thc mu n biu ng sut bin dng khi nn n trc. th cho thy kch thc c nh hng khng ch n bn nn mt trc, m c biu hin ph hy, biu hin dn (gc nghing ca on th trong vng sau ph hy). Nguyn nhn l do s tn ti cc vi khe nt, l rng cng nh s phn b ca cc phn t cu trc trong . Mu cng ln, s lng cc vt nt cng nhiu v xc sut tn ti cc v tr yu cng ln.Tuy nhin, trong trng hp ny cho thy m un n hi E khng c bin i ng k khi thay i kch thc mu.

do

do gim bn

ph hy dn

PH

bn d

Hnh 3-16. Cc loi bin dng sau trng thi ph hy

Hnh 3-17. nh ngha bn d


CHD/2005/C3 75

hnh dng

mnh cng ln bn cng gim

Hnh 3-19. nh hng ca hnh dng mu n biu ng sut bin dng

H

D

Cc mu hnh tr c th c mnh (t s gia chiu di L hay chiu cao H v ng knh D ca mu) khc nhau. Hnh 3-19 cho thy nh hng ca mnh n dng biu ng sut-bin dng. R rng l khi mnh tng bn gim v tnh dn tng. Tuy nhin m un n hi hu nh khng chu nh hng ca mnh.

iu ny ch yu c gii thch l do s tn ti vng chu tc dng

ba trc gn cc y mu, lin quan vi vic truyn ti trng. C th, ti v tr tip xc gia y mu v bn nn, xut hin lc ma st, va hn ch bin dng ngang, va gy nn trng thi ng sut ba trc. Do vy nhm loi tr nh hng ny n kt qu th nghim, trong th nghim nn s dng mu c mnh ln. Mu th nghim thng c khuyn ngh c t s H/D 2.

Th nghim nn n trc cng thng c thc hin kt hp tng ti v

gim ti. Trong qu trnh gim ti, hnh dng v kch thc mu th nghim t nhiu c khi phc. Biu hin bin dng hi phc ny thng c dng tuyn tnh v c gi vi khi nim quen thuc trong l thuyt n hi l bin dng n hi. Phn bin dng khng hi phc c gi l bin dng do.

Hnh 3-20 l v d mt kt qu ghi t ng trn my tnh v biu ng sut bin dng t th nghim kt hp tng v gim ti, cng cc tham s c tnh ton, xc nh l m un bin dng V, m un n hi E v h s Poisson .


CHD/2005/C3 76

Hnh 3-21. Biu hin n hi sau trng thi ph hy ca .

Biu hin n hi

khng ch nhn thy trc gii hn ph hy ca vt th, kt qu th nghim nhiu loi cng cho thy ngay c trng thi sau ph hy vn c th cn c biu hin n hi. Trn hnh 3-21 l s phn nh biu hin n hi ca mu sau gii hn ph hy, khi mu c biu hin do gim bn.

Tng hp cc kt qu th nghim nn c th rt ra mt s nhn nh

cng nh phn loi sau y. a) Biu hin bin dng ca cc loi trc v sau trng thi ph hy

u rt a dng v phc tp ; b) Bng cch tuyn tnh ha n gin biu ng sut-bin dng, khi gi

thit gn ng l n hi, trong tnh ton gn ng, c th nh ngha cc tham s bin dng nh trn hnh 3-22.

Hnh 3-20. Kt qu th nghim kt hp tng v gim ti trc trng thi ph hy.

n

g su

t n

n [

MPa

]

Bin dng ngang [%] Bin dng dc [%]


CHD/2005/C3 77

ET c gi l m un n hi tip tuyn, biu th t l gia gia s

ng sut v gia s bin dng / trong phm vi tuyn tnh ca biu . EC c gi l m un n hi ct tuyn, hay thng thng cng l m un bin dng V, biu th t l gia ng sut ln nht (ng sut ph hy) vi bin dng ton phn tng ng ti thi im ph hy PH/TP. Khi c biu hin gim bn, t l gia gia s ng sut v gia s bin dng trn on thng gim bn c gi l m un gim bn N, cho bit quy lut gim kh nng chu ti (gim bn) khi bin dng tng.

T cc kt qu v quy lut thc nghim nhn c v cc biu hin ca cc loi

khi nn n trc, trong iu kin k thut hin nay, vic xc nh cc tham s c hc phc v phn tch, nh gi cc vn trong thc t v lm d liu thit k c th thc hin theo cc ch dn sau y. bn nn mt trc c nh ngha l gi tr ng sut ln nht c th tc ng

c ln mu , *N = Fmax /A = 4.Fmax /D

2 (3-3)

Fmax ... lc ln nht o c trong th nghim [kN], A ...tit din ngang chu ti ban u ca mu, A=D2/4 khi mu dng hnh tr [cm2], D ... ng knh mu hnh tr [cm].

*N ... bn nn n trc (hay mt trc) [MPa].

Mu th nghim hnh tr nn c ng knh ti thiu bng 10 ln ng knh ht khong vt (phn t cu trc) ln nht v khng nn nh hn 30mm, v m bo tnh ng nht. Mu th nghim kch thc ln nn c u tin s dng.

PH

0,75.PH

0,5.PH

0,25.PH

ET

EC

N

Hnh 3-22 . nh ngha cc tham s c hc khi tuyn tnh ha.

dc trc ngang trc

TP


CHD/2005/C3 78

Hnh 3-23. Tnh chuyn kt qu th nghim xc nh bn nn mt trc

HDTNN

TCN.27

*.8*

+

=

100

0,98

0,96

0,94

0,92

0,90

0,881,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Nu khng c yu cu c bit khc, t l chiu cao trn ng knh mu ti thiu nn l 2:1. Khi mnh nh hn 2:1, nht thit phi s dng h s iu chnh quy i li bn. H s suy gim c xc nh theo biu thc (hnh 3-23) :

Tc tng ti khng ch lin quan n thi gian, m cn c tc ng n tc bin dng v bn nn, bi l ti trng tng nhanh s gy ra ng sut tng c bit nhanh khi vt liu th nghim c cng ln, tng chm khi vt liu c cng nh. Do vy th nghim cn c iu khin theo tc ng sut hoc tc bin dng. Tc ng sut /t biu th s bin i ca ng sut theo thi gian v tc bin dng /t biu th s bin i ca bin dng theo thi gian. Th nghim nn tin hnh vi tc bin dng khng i. Thng thng tc bin dng c iu khin trong khong 0,5 /t 1,0 mm/m.pht. Tuy nhin tc bin dng nn c chn sao cho thi gian th nghim cho n khi t ng sut cc i khng nh hn 5 pht. Cc mu th nghim cho thy biu hin bin dng chu nh hng mnh ca yu t thi gian, cn c xem xt thn trng. Nu th nghim ch iu khin ti trng, cn thit iu khin tc thay i ng sut theo yu cu c th. Thng thng tc hay s gia ng sut c iu khin trong khong t 1,0MPa/giy n 0,5MPa/giy. Nhng vi mc ch xc nh bn nn n trc phc v tnh ton tc khoan, ct cn th nghim vi tc tng ng sut ln hn. Khi xc nh bn nn mt trc cc loi c c im khng ng hng (v d phin st) cn phn bit ba trng hp tng ng vi th nm ca h mt phn cch nh trn hnh 3-24. Bng cch ny cho php xc nh c cc biu hin c hc ph thuc vo hng. Chng hn th nghim thch anh phyllit trong cho cc kt qu tng i nh sau : khi gi tr bn nn n trc trong trng hp c) l 100%, th trng hp a0 t 80% n 90%, cn trng hp b) c th nhn c gi tr thp nht t 20% n 50%, khi gc nghing =300. Nu ch c mu th nghim dng b), nn tin hnh th nghim xc nh bn nn n trc gin tip bng phng php nn im . ng nhin trong mi trng hp cn ghi r gc nghing th nghim.

*8.*

7 2.

N TNN TC D

H

=

+

(3-4)

trong *N TC ... bn nn n trc

tnh chuyn hay quy i [MPa], *N TN ... bn nn n trc xc nh bng

th nghim [MPa], D... ng knh mu th nghim [mm], H... chiu cao mu th nghim [mm]. Khng c xc nh bn nn trn mu c t l H :D1,5.


CHD/2005/C3 79

Hm lng nc c th c nh hng c bn n biu hin bin dng v bn ca mu . Do vy trong trng hp cn c d liu phn nh ng iu kin t nhin, cn thit bo qun mu ly c sao cho hm lng nc c gi khng i. Ngay c khi gia cng mu cng trnh khng lm thay i hm lng nc. Sau khi th nghim nn, cn thit xc nh m ca mu (trn cc mnh v). Tuy nhin, ni chung hm lng nc t nhin thng b bin i khi gia cng mu, do vy cn tin hnh th nghim trong cc iu kin khc nhau sau : kh gi ; xy kh ; m (sau khi ct, mi) ; ngm trong nc 24 n 48 gi. Thng thng nc t c nh hng ng k cc mu c l rng nh, nhng c nh hng rt r nhng loi d bin i do tc ng ca nc. V d trn hnh 3-25 cho thy mc nh hng ca nc n bn nn ca st kt, m Phn M.

S ba trng hp th nghim khng ng hng

a) song song vi mt phn lp,

mt phn phin =00

b) nghing so vimt phn lp,

mt phn phin 0


CHD/2005/C3 80

Mt ch tiu quan trng khi th nghim nn n trc l din tch pha di th ng sut-bin dng, c gi l cng c hc ton phn hay cng ph hy, v d nh trn hnh 3-26.

Th nghim cht ti kt hp gim ti v ti cht ti cho php xc nh c ba thnh phn bin dng l bin dng ton phn tp, bin dng n hi (hi phc)h, v bin dng do d. T xc nh c h s n hi hay h s dn E0 v h s do D0 ca theo cc biu thc :

0 dh

tpE

= v 0 d

tpD

= (3-5)

ti cht ti

gim ti

trc ph hy sau ph hy

PH TT

= dW

Bin dng dc trc max

ng

sut

nn

n

trc

Hnh 3-26. nh ngha v cch xc nh cng ph hy v cc tham s c hc

E=/ TT: gii hn tuyn tnh hay n hi; PH=

*N

tp h d

*N(MPa)

W (%)

60

80

40

100

0,70,50,3 0,90,1

Hnh 3-25.nh hng ca m n bn nn n trc ca st kt m Phn M.


CHD/2005/C3 81

Hnh 3-27. Ba Schmidt

Vic xc nh h s n hi v h s do c ngha thc t quan trng. Nhiu kt qu nghin cu cho thy rng, nu xung quanh cc ng l trong cc m hm l c cc loi vi E0 70% thng c th xy ra hin tng v n ( mt s ti liu gi l ''c m m''). l hin tng ph hu ca gng l, thnh l hay tr bo v km theo ting n ln. H s n hi v h s do (cng cn gi l h s dai) c ngha c bit i vi cng tc n mn, c th l vic ph v bng n mn cng kh khi h s do cng cao. V cc d liu thu c trong phng th nghim, c bit trn cc mu th vi cc quy cch nu, thng ch thc hin trong giai on iu tra c bn, hoc i hi chi ph cao v cc kt qu thu c ch c gi tr cho v tr ly mu th nghim. c th d bo cc d liu thc t kp thi, c th s dng cc phng php th nghim gin tip, tin hnh c trong phng th nghim v c ngoi hin trng. Hai phng php ang c s dng ph bin l th nghim ba ny SCHMIDT v th nghim nn im vi cc phng tin gn, nh. Tin hnh trong phng th nghim trc ht vi mc tiu lp mi tng quan gia cc kt qu th nghim nn n trc vi cc kt qu bng phng php gin tip. Th nghim ti hin trng, thc t c th hay bt buc trin khai hng ngy trong qu trnh thi cng, vi mc ch cp nht, iu chnh cc bin php cng ngh, k thut. Th nghim ba ny Schmidt

Ba ny Schmidt (hnh 3-27) hin ang l

mt cng c gn nh, c th c s dng xc nh bn nn ca . Ba c mt u t, khi c kch hot bng nng lng p xc nh vo b mt vt th nghim, b y li theo nguyn l va p, ty theo tnh cht c hc ca . di ny li c coi l mt thc o, hay ch s, phn nh cht lng , c nghin cu tnh chuyn v bn nn n trc. Do vy, vic s dng ba Schmidt xc nh bn nn ca cng nh khi i hi phi thit lp c mi tng quan gia ny v bn.

Th nghim c th d dng thc hin ti

hin trng (cng nh trong phng th nghim) ti nhiu im v nhiu ln. ng nhin, cc gi tr nhn c ph thuc nhiu yu t khc nhau (nh gc bn, trng thi b mt, kch thc, hnh dng mu, bn trong phng hay ti hin trng...) v do vy thng bin thin khong rng.

Trong thc t c ba loi ba c s dng, vi k hiu L, M v N, khc nhau v

nng lng p. Hin ti trong thc t li hay s dng loi ba N. Vi cc gc bn khc nhau so vi phng nm ngang, ny cho cc gi tr khc nhau v ba p chu nh hng ca lc ht trng trng. Do vy kt qu bn ( ny R) trc tin c hiu chnh ty theo gc bn, nh trn hnh 3-28.


CHD/2005/C3 82

Hnh 3-28. Biu iu chnh ny theo hng bn ba loi N

Vic thit lp mi tng quan gia bn v ny thc s l cng vic i hi

nhiu th nghim trong nhng iu kin nht nh. Thng thng c th tin hnh xc lp trn c s tin hnh ng thi th nghim xc nh bn ca vi th nghim bng ba Schmidt cho loi cn quan tm, sau hiu chnh bng th nghim bn ti hin trng. Mc d ba Schmidt c s dng rng ri, nhng n nay t c cc kt qu cng b v mi tng quan ny. Trong mt s ti liu ca Hi co hc quc t gii thiu mi quan h gia ny v bn nn ca khi s dng ba loi L.

tham kho, gii thiu cc kt qu nghin cu ca WOSZIDLO (hnh 3-29)

cho hai trng hp bn trong phng th nghim v bn ti hin trng, khi s dng ba loi N. S khc nhau v ny ti hin trng v trong phng th nghim c th gii thch da vo quy lut va p. i tng chu tc ng ti hin trng c kch thc ln (c th xem l v cng ln ) hn nhiu so vi mu trong phng th nghim, nn cho ny ln hn cng bn. Thc t cho thy ny cn ph thuc vo nhiu yu t khc nhau, nh trng thi b mt im bn ( nhm, mc phong ha...), m (Ng Don Ho 2000), do vy khi s dng cn tin hnh nghin cu kim nh trc, c trong phng th nghim v ti hin trng, c th c c nhn nh hp l. ng thi cng c th tng cng nghin cu c th s dng gian tip phng php ny vo vic nh lng ha cc c im ca , vn thng miu t nh tnh.


CHD/2005/C3 83

Th nghim nn im

Th nghim nn im c th thc hin c trn mu , di dng li khoan v c

cc mu khng quy cch, ly bt k ngay ti ch hay ti hin trng, vi kch thc v hnh dng tng i. Trong cc phng php th nghim, phng php nn im l mt phng php xc nh gin tip bn nn n trc ca , ng nhin cng c th xc nh bn ko n trc, trn c s cc hm tng quan thc nghim. Ban u phng php ny c pht trin kim tra nhanh li khoan ti hin trng v cc cc , cung cp gi tr tng i v bn c th a ra c cc c quyt nh kp thi. Nh c nhng tin b trong pht trin dng c th nghim v x l s liu bng phng php thng k, phng php ny cng c s dng trong phng th nghim, cnh tranh vi phng php xc nh bn nn mu hnh tr. Phng php c s dng rng ri nh kh nng thc hin nhanh v chun b mu n gin.

Phng php nn im c bit hay c s dng khi kh gia cng c mu hnh tr, c th l :

vi cc li khoan b gy, ph hy, ti cc i ph hy hay vng b phong ha, cc lp mng, khi phn phin mnh v mt phn phin li nm nghing so vi li khoan,

khng th xc nh c bn nn ln nht bng mu hnh tr. Trong cc trng hp trn, phng php nn im c coi l kh nng cui cng

c th xc nh bn nn ca . Mu c t vo gia hai u t hnh cn ca dng c th nghim v nhn ti

cho n khi b ph hy (hnh 3-30 ) Ch s bn nn hay ch s nn im IS ban u c nh ngha theo biu thc:

max2

FIs D

= (3-6)

vi D l ng knh hay kch thc mu o bng khong cch gia hai u t [mm];

bn

nn

[MPa

] Trn mu

ny li Re

Ti hin trng

ny li Re

bn

nn

[MPa

]

Hnh 3-29 . Biu tnh chuyn ny v bn nn n trc theoWOSZIDLO 1989 cho ba loi N


CHD/2005/C3 84

Fmax l lc gy ph hy mu [N]; IS... ch s nn im [MN/m

2 =N/mm2].

T kt qu ny, thng qua mt h s tnh chuyn c th nhn c bn nn n trc ca . Trn hnh 3-31 l biu tnh chuyn phc ha t cc kt qu ca cc tc gi DANDREA (1965), BROCH v FRANKLIN (1972) v BIENIAWSKI (1974)

Hnh 3-30. Dng c v s nn im

my bm du

van qu p

ng h o p lc

kch thy lc

mu

x D Andrea et.al (1965) Broch & Franklin (1972) Bieniawski (1974)

x

xx

xxx

xx

xxx

xx

xx

xxx

xxxxx

x

xxx

xxxx

xxx

xxxxxxx

bn nn n trc [MN/m2]

Ch

s

nn

im

IS [

MN

/m2 ]

20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350

N = 24. IS ct kt

qucxt

norit norit b phong ha

D

L 0,7.D

Hnh 3-31. Quan h gia bn nn n trc v ch s nn im IS


CHD/2005/C3 85

Khi mu th nghim c gi tr D=50mm, ch s c k hiu l IS,50; gi tr bn nn c xc nh nh trn hnh 3-32.

Xut pht t thc t l cc mu th nghim b ph hy theo mt ct ngang xc

nh, ch s nn im trn cc mu hng tr cng c ngh xc nh theo biu thc:

AF

I Smax= (3-7)

IS... ch s nn im [MN/m2 =N/mm2]

Fmax... ti trng gy ph hy [MN= 106N]

A... din tch mt ph hy [m2=106mm2] Khi nn ngang mu A= D2/4, khi nn dc mu A=D.W (Hnh 3-33).

T thc t ny, nn xut hin khi nim ng knh tng ng De, l ng

knh ca vng trn c cng din tch vi din tch mt ct ngang ca mu th nghim. Vi cc quy c nh trn hnh 3-33, c th tnh ng knh tng ng theo biu thc De

2=4A/, cho cc trng hp mt ph hy khc vi hnh trn. Trong thc t khi th nghim mu c th b ph hy cc dng khc nhau, ty

theo cch thc t ti trng v sai st khi th nghim. Do vy khng phi mi kt qu u c chp nhn. Trn hnh 3-34 l ch dn v cc dng ph hy c chp nhn v dng ph hy khng hp l.

nn ngang mu

nn dc mu nn mu khng quy cch

L/D >0,7

D/L = 1,1 D/L = 1,0 - 1,4

D

L N =22.IS,50

bn

nn

n

trc

[M

Pa]

Ch s nn im IS [MPa]

Hnh 3-32. Quan h gia IS50 v bn nn.


CHD/2005/C3 86

Cc dng ph hy c chp nhn

Cc dng ph hy khng hp

l

Hnh 3-34. Quy nh v cc dng mu ph hy c chp nhn

mu hnh tr

D

L

L>0,5D

De D

W

0,3W


CHD/2005/C3 87

Hin nay c nhiu kt qu nghin cu, phn tch thc nghim c cng b. Do s bin ng v ph thuc vo nhiu yu t ca kt qu thi nghim, do vy cc tc gi khc nhau ngh cc h s tnh chuyn khc nhau, trn c s tnh quy i theo ng knh tng ng De = 50mm. V d theo Thuro (2000) cc h s tnh chuyn nm trong khong 12 n 24. V vy, khi s dng phng php ny, cng cn thit phi c th nghim kim nh trc xc nh h s tnh chuyn hp l.

bn nn ca l mt trong cc ch tiu quan trng phn nh biu hin c hc v c s dng nh mt tiu chun thit k, phn loi trong cc khu k thut khc nhau trong khai thc khong sn, xy dng cng trnh.

Hi c hc quc t (ISRM 1978) cng xut phn nhm cc loi theo bn nn n trc. Trong bng 3-1 l cc nhm (c sa i) cng vi mi tng quan vi cc ch s xc nh tng i ti hin trng l ch s nn im v ny ba Schmidt loi L. Ngoi ra s dng ba a cht cng c th c c nhn nh gn ng v bn ca .

Bng 3-1 . Phn loi theo bn nn theo Hi c hc quc t ISRM, 1978 Nhm M t bn

nn MPaCh s

nn im IS

ny R ba

Schmidt LR5

c bit cng

b troc v mnh nh khi p mnh nhiu ln bng ba a cht

>250 > 10 50 - 60

R4 rt cng

b v khi dng ba a cht p mnh nhiu ln, pht ra ting rt anh

100-2504 - 10 40 - 50

R3 cng

v khi dng ba a cht p mnh nhiu hn mt ln, pht ra ting anh

50-1002 - 4 30 - 40

R2 cng

trung bnh

v khi dng ba p mnh mt ln, khng th vch xc bng dao nhp

25-50 1 - 2 15 - 30

R1

mm

to ra vt lm nng khi dng u nhn ba p vo ; c th vch xc bng mi dao nhp ; c th gt, tuy hi kh, bng dao; pht ra ting c khi b p

5-25

** < 15

R0 rt mm

v thnh cc khi dng u nhn ba p nh; c th gt c bng dao nhp

1-5 **

c bit mm

c th vch xc bng mng tay


CHD/2005/C3 88

tng ng f=15. Ti Lin X trc y v mt s nc ng u, h s kin c c s dng rng ri trong tnh ton thit k cc bin php ph v , trong tnh p lc t/ v thit k kt cu chng gi cng trnh ngm. Vi cc loi kh ly mu th nghim xc nh bn nn n trc, cng nh xc nh gn ng ti hin trng, cc phng php ci gi, t ng trc... cng c pht trin v s dng kh ph bin.

3.1.2.2. Biu hin c hc ca khi nn n trc vi ti trng khng i (th nghim t bin)

Bin dng tng dn theo thi gian khi ti trng (hay ng sut) tc dng l c nh c gi l bin dng t bin ( = 0 = const). Biu biu th mi quan h gia bin dng t i vi thi gian khi ng sut c nh c gi l biu t bin. Kt qu thc nghim cho thy rng, biu hin t bin ph thuc vo bn cht ca loi v cng ca ng sut tc dng vo n.

Hnh 3-35 biu din kt qu th nghim phin mica. ng sut tc dng ln hai lot mu l 20 MPa v 30 MPa; th nghim c tin hnh trong thi gian mt thng, iu kin nhit l 200C. Trong c hai trng hp bin dng tng dn theo thi gian v c xu th nhn tim cn ngang. Biu t bin u xut pht t gc to , ngha l khi bt u t ti (ti t=0) bin dng t i bng 0.

Kt qu nghin cu cc mu phin st ca m nbat cho thy, khi ng sut c cng khc nhau, biu t bin c cc dng khc nhau (hnh 3-36). Ti thi im t = 0 bin dng tc thi nhn cc tr s khc nhau, tng ng vi cng ca ng sut. Khi ng sut vt qu gii hn no y, bin dng tng lu tin cho n khi mu b ph hu ( th s 1; 2;3)

t

0 = 20MPa

0 = 30MPa Hnh 3-35. Biu t bin ca phin mica


CHD/2005/C3 89

t[gi]

321 0

1

2

3

Hnh 3-37 Biu t bin tng qut

Mt biu t bin c dng nh trong hnh 3-37 c gi l biu t bin y , hay biu t bin tng qut. Biu t bin tng qut c chia ra lm ba giai on khc nhau.

Giai on 1: c trng bi tc bin dng gim dn (d/dt gim), c gi l giai on t bin khi u; Giai on 2: giai on t bin n nh, c trng bi tc t bin khng i (d/dt = const); Giai on 3: c trng bi tc bin dng tng dn (d/dt tng) cho n khi mu b ph hu (giai on t bin khng n nh).

Nh vy, trong trng hp tng qut, bin dng t bin ton phn c th bao gm t 4 thnh phn:

= 0 + 1 +2 +3 ( 3-8) trong : 0...bin dng n hi tc thi; 1; 2 ; 3...cc thnh phn bin dng ca giai on 1, 2 ,3.

450300150

.104

t [gi] 0

40

80

120

5

4

3 2 1

1: 0 =27MPa; 2: 0 =25,5MPa; 3: 0 =24MPa; 4: 0 =18MPa; 5: 0 =15MPa.

Hnh 3-36: Biu t bin ca phin st m nbat


CHD/2005/C3 90

Cch phn chia nh trn thun tu do suy din t hnh dng ca biu tng qut. T kt qu phn tch l thuyt v c im bin dng ca , c ch n tnh gim bn, cho thy c th chia biu theo bin dng t bin ra lm hai giai on l bin dng n nh v bin dng khng n nh (Nguyn Quang Phch, 1987). Cc kt qu th nghim t bin cng cho thy kh nng chu ti ca nhiu loi ph thuc vo thi gian, ngha l khi cng ca ng sut vt qu mt gii hn nht nh, cc mu s b ph hy vo nhng thi im nht nh, ty thuc vo cng ca ng sut. Gi tr gii hn c gi l bn lu di *,, l tr s ng sut nn ln nht mu cn c th chu c m khng b ph hu trong qu trnh th nghim t bin.

S ph thuc ca bn theo thi gian c xc nh theo quy nh nh trn hnh 3-38. Chng hn, nu quy c coi thi im biu t bin chuyn t giai on 2 sang giai on 3 l thi im ph hu t* v ng sut tc dng vo mu l ng sut gy ph hu, khi t cc cp tr s (t*4, 40); (t*3, 30); (t*2, 20); (t*1, 10) s xc nh c quy lut ph thuc gia cng ca ng sut tc dng v thi gian ph hy trn biu thc nghim * = *(t*). Gi tr tim cn ca * trn th thc nghim khi t l bn lu di *.

Hnh 3-38. Xc nh mi quan h *= *(t*) v *

40

10

20 30

t*1 t*2 t*3 t*4 t

t*

*

*


CHD/2005/C3 91

1

Hnh 6-39. Nn ba trc - nh hng ca ng sut xung quanh

chiu tng ng sut xung quanh

chuyn tip dn sang do

1

Bin dng dc trc

ng

sut

dc

trc

Ni chung bn lu di * bao gi cng nh hn v cng lm l bng bn nn n trc *N ca . Bng 3-2 nu mt s kt qu theo Baklasov (1999), cho thy mc khc nhau gia bn lu di vi bn nn n trc ca mt s loi trm tch.

S ph thuc ca bn vo thi gian c bit c ngha khi phn tch n nh ca khi c ch n yu t thi gian cng nh s pht trin ca cc qu trnh ph hu theo thi gian. T cc kt qu nghin cu s cho php xy dng c cc tiu chun thit k cc cng trnh c ch n thi gian tn ti (hay tui th) ca chng.

Bng 3-2. T s gia b bn tc thi v bn lu di ca .

Tn *N/* vi 1,36 Ct kt 1,55

phin st 2,00 St kt 1,35

Mui m 1,43 3.1.2.3. Biu hin c hc ca khi nn ba trc

Hnh 3-39 l v d in

hnh v kt qu th nghim nn ba trc. Kt qu cho thy r nh hng ca p lc hay ng sut xung quanh trong th nghim nn ba trc n biu ng sut bin dng, cng nh kh nng chu ti ca . Vi cc ng sut xung quanh nh, c biu hin dn. Vi ng sut xung quanh cng ln cho thy kh nng chu ti cng cao v mc gim bn nn trong giai on sau ph hy cng nh hay cng chm. n trng thi xc nh, th sau phy hy c th c dng


CHD/2005/C3 92

[MPa]

[%]

3=0MPa

3=25MPa

3=50MPa

3=80MPa

3=160MPa

3=300MPa

0

200

400

64 2

[MPa]

[%] 3=0MPa

3=50MPa

3=150MPa

3=250MPa

0

200

400

6 42

Hnh 3-40. Biu bin dng khi chu nn ba trc ca hoa (a) v ct kt (b) theo Karman

a) b)

3=0MPa

3=20MPa

3=30MPa

3=80MPa [MPa]

[%]

15105 200

25

75

100

Hnh 3-41 Biu bin dng nn ba trc ca mui

ng thng. y l ranh gii chuyn tip t biu hin dn-do sang biu hin do (bin dng tng khi ng sut khng i).

Tuy nhin, s nh hng cng cn ty thuc vo loi th nghim. V d trn hnh 3-40 (a) v (b) l kt qa th nghim ca Karnman cho cc mu hoa (a) v ct kt (b). Kt qu th nghim cho thy rng khi thnh phn ng sut xung quanh cng ln, kh nng bin dng do ca mu cng tng, ng thi cng ca cc thnh phn ng sut gii hn, gy ph hu v gi tr bin dng ca mu ti thi im ph hy cng cng ln. Biu bin dng c dng thay i t khi p lc xung quanh thay i.

Hnh 3-41 l kt qu th nghim mui xinvin. y cho thy dng biu bin dng hu nh khng i khi thay i p lc xung quanh.


CHD/2005/C3 93

ng sut dc trc [MPa]

Bin dng dc trc [%]

Bin dng ngang [%]

Hnh 3-42. Biu ng sutbin dng nn ba trc nhiu nc

Ngy nay, th nghim ba trc nhiu nc (hay nhiu mc) trong mt ln th nghim c iu khin hon ton t ng, nhanh, bng my tnh. Hnh 3-42 cho thy kt qu th nghim trong ch cht ti nhiu nc. Mi khi thnh phn ng sut dc trc 1 t c gi tr ln nht nc th nghim vi thnh phn ng sut xung quanh 3 khng i, my t ng iu khin gim ti dc trc v ng thi tng ti xung quanh. Nh vy nc th nghim sau li c th bt u mc lch ng sut bng 0 (1- 3 =0). V th cu trc ht ca mu c th khng b ph hy trong qu trnh cht ti nhiu nc.

Chi ph k thut cao cho th nghim ny c b p li l c th xc

nh nhanh v chnh xc cc tham s n hi (m un n hi E v h s Poisson), ng thi c th nhn c mt tiu chun bn y , ng nhin khi khng ch n biu hin sau ph hy. 3.1.2.4. Biu hin ca khi ko v ct

Ni chung biu hin bin dng ca khi chu ko v chu ct t c ch nghin cu, mt mt l do k thut th nghim, mt khc l do cc


CHD/2005/C3 94

biu hin ny thng xy ra trong phm vi nh trc khi mu b ph hy. ng thi cc biu hin ch l cc trng hp ring, cho php c th dn gii t cc th nghim nn n gin hn.Th nghim ko v ct trn mu thng ch nhm xc nh kh nng chu ti ca khi chu ko v khi chu ct. Cc kt qu cng b v biu hin bin dng rt hn ch, sau y n c mt vi kt qu in hnh.

Biu hin ca khi nn tch

Trn hnh 3-43 l kt qu phn nh mi quan h gia ng sut ko v bin dng ko cc mu vi . Kt qu th nghim cho thy sau khi vt nt bt u hnh thnh, th bin dng hu nh song song vi trc honh, ngha l ph hy cng bin dng do xy ra khi ng sut khng tng ln na.

Ni chung t cc kt qu th nghim nghin cu biu hin c hc ca khi chu ko cho thy:

kh nng bin dng ca khi ko ln hn khi chu nn, bn ko thp hn nhiu so vi bn nn, thng c th nh hn

n 10 ln, thm ch n 30 ln Ngoi ra, cc kt qu nhn c v bn ko bng th nghim nn

tch thng ln hn gi tr bn ko n trc khi ko trc tip, bi l mt ph hy trong th nghim ko hay nn tch l xc nh, cn khi ko n trc thc s mt ph hy chc chn l mt yu nht. Vi cc loi c cu trc khng ng hng, bn ko cng ph thuc vo hng, do vy khi xc

Bin dng ko [mm/mm]

ng

sut

ko

[M

Pa]

Hnh 3-43 . Quan h ng sut-bin dng khi chu ko ca mu vi, bng phng php nn tch Bradin (mi tn: bt u xut hin nt do ko)


CHD/2005/C3 95

nh bn ko ca cng cn ch n c im ny. Trn hnh 3-44 gii thiu kt qu phn tch s ph thuc ca bn ko vo hng ca phyllit thch anh . Biu hin ca khi th nghim ct

Th nghim ctthng c tin hnh trong ch cht ti nhiu nc,

c th l ng sut php c tng theo cc nc hay mc khc nhau. Trn hnh 3-45 cho thy kt qu th nghim ch ny biu din mi quan h gia ng sut ct v bin dng trt. th 1 l kt qu th nghim ln u. C mi khi ng sut ct t gi tr ln nht trong mt nc ng sut php, ng sut php li c tng ln. Sau giai on th nghim ( y l 5 nc), th nghim ct c thc hin i chiu, gy ra bin dng trt theo hai chiu khc nhau. th 2 l biu hin trng thi d, tc l trng thi sau ph hy, cho php xc nh c bn ct cn d hay cn li.

Trn hnh 3-46 l kt qu phn tch trng thi ph hy v trng thi

d sau ph hy mi quan h gia ng sut tip v ng sut php, theo tiu chun bn MOHR-COULOMB.

Gc nghing so vi cc mt phn phin nh

T

l p

hn

trm

ca

bn

ko

%

Hnh 3-44 . S ph thuc ca bn ko vo hng phyllit thch anh phn phin


CHD/2005/C3 96

ng sut php [MPa]

ng

sut

tip

[M

Pa]

= 44,60

d = 38,60

Hnh 3-46 . Kt qu phn tch th nghim ct nhiu nc theo tiu chun Mohr-Coulomb

Bin dng trt [mm]

ng

sut

ct

[M

Pa]

Hnh 3-45. Biu hin ca trong th nghim ct nhiu nc [ ]


CHD/2005/C3 97

Hnh 3-48 .Cc c ch ph hy: a)ph hy tch, b) ph hy ct, c) ph hy cu trc

Trong iu kin phng th nghim ch c my nn n trc, th nghim ct bin gc c s dng kho st biu hin ca khi chu ct (hnh 3-47). Tuy nhin, cc kt qu nhn c ch cho php thnh lp c mi quan h gia ng sut php v ng sut tip trng thi gii hn. T cc kinh nghim thc t th nghim ct trong trng hp ny thng c thc hin ba gc nghing 300, 450 v 600. Mu c nn cho n khi xy ra ph hy. 3.1.2.5. Cc dng biu hin ph hy

Thc t, t cc kt qu nghin cu th nghim, trc ht c th phn bit

ba c ch ph hy c bn ca l (hnh 3-48): ph hy tch ph hy ct/trt ph hy cu trc hay ph v cu trc

1 2 3 [ MPa]

[M

Pa]

3

2

2

=300

=450

=600

Hnh 3-47. Phn tch th nghim ct bin gc


CHD/2005/C3 98

Ph hy tch l c ch ph hy thng xy ra khi ko n trc, ko tch, nn n trc hoc nn ba trc nhng vi p lc ngang nh. Di tc dng ca ng sut, do s tn ti c im khng ng nht trong (c ch cng, ch mm), nn hnh thnh ng sut ko cc b, dn n cc vt nt vi m. Tip tc tng ti, cc vt nt lin thng vi nhau hay ni li vi nhau v to ra cc ct , b nn gy hoc y trt ra.

Ph hy ct thng xut hin khi chu tc dng trng thi ng sut a trc. Gc ph hy ph thuc vo gc ma st ca v cc iu kin bin.

Ph hy cu trc thng hnh thnh trong iu kin p lc u v ln t mi pha. Trong trng hp ny khng hnh thnh cc mt ph hy xc nh, ph hy xy ra th hin l ph v cu trc bn trong, hay cu trc ht ca .

Phn tch biu hin ph hy lin quan vi cc biu hin bin dng ca mu th nghim, c th phn bit ba dng biu hin ph hy l (hnh 3-49):

ph hy dn, ph hy dn do v ph hy do.

Biu hin ph hu dn c c trng bi du hiu l ti thi im b ph hu bin dng t i cn kh nh, cha xut hin bin dng do. Biu ng sut-bin dng hu nh khng c giai on sau ph hy.

Ph hu c coi l dn do, nu trong mu th nghim xut hin thnh phn bin dng do cng vi bin dng n hi trc khi b ph hy.

Hnh 3-49. Cc dng ph hy nhn c bng thc nghim

Cc biu hin ph hy trn mu hoa khi nn ba trc do dn dn-do


CHD/2005/C3 99

Ti thi im mu b ph hu, trong mu xut hin cc khe nt, bin dng do th hin qua hin tng trt dc theo cc khe nt ny.

Ph hy do l mt dng ph hy trc ht cc loi c biu hin bin dng do, ngoi ra thc nghim cho thy trong trng thi nn ba hay nhiu trc, khi cc thnh phn ng sut ln, c th chuyn t bin dng dn sang bin dng do v b ph hy do, hay ni cch khc l chuyn t trng thi n nh, bin dng t l, sang trng thi do.

Cc dng ph hy dn, do cng cn c nh ngha trn c s so snh bn ke vi bn nn ca . cc tc gi nh SCHIMAZEK &KNATZ (1976), BECKER & LEMENS (1984) s dng t s bn nn / bn ko l mt du hiu cho php nh gi do hay dai ca . Chng hn c coi l dn khi t s ny ln hn 10:1, coi l dai khi t s ny nh hn 10:1 nh trong bng 3-3.

Bng 3-3. Phn nhm theo dn/do

* */N K Nhm biu hin ph hy

>20 rt dn

20-10 dn

10-5 dai (do)


CHD/2005/C3 100

** .c tg = + (3-9) Trng thi ng sut gii hn cng c th m phng qua mi quan h

gia cc ng sut chnh. Theo Mohr mi quan h gia cc ng sut chnh ln nht n nh nht trng thi gii hn ( * *1 3; ) c th coi gn ng l khng ph thuc vo thnh phn ng sut th hai *2 . Trong trng thi ng sut vi * *2 3 = (v d nn trong bung Karman).

ng bao gii hn, biu din qua cc ng sut chnh gii hn, vi hai tham s v c c dng

* *1 3

1 sin 2cos1 sin 1 sin

c

+= +

(3-10)

Hnh 3-50. Biu Mohr vi trng thi ba trc khc nhau


CHD/2005/C3 101

Bng th nghim khng xc nh trc tip v c, tuy nhin trn c s s hnh 3-50. c th biu din ng bao qua hai tham s l bn ko v bn nn, c th

** * *1 3*

NN

K

= (3-11)

T xc nh c v c qua bn ko v bn nn, theo cc biu thc sau

* *

* *

* *

arcsin

1 .2

N K

N K

N Kc

=+

= (3-12)

Tiu chun ph hy Mohr-Coulomb cho rng ph hy xy ra dng ph hy ct hay ph hy trt, trn mt mt to vi phng ng sut chnh nh nht mt gc 045 / 2 = + . Nhng trong thc t gc ph hy khi ko n trc li vung gc vi hng ng sut chnh ln nht.

Ni chung, ng bao dng ng thng trn biu - ni chung khng chnh xc so vi kt qu th nghim nn ba trc trong nhiu trng hp. Nguyn nhn l do cc loi c biu hin ph hy khc nhau (ph hy dn, ph hy trt, ph hy do) trong cc iu kin khc nhau.

ng bao Mohr thc nghim c dng khc vi ng thng l c s ca nhiu tiu chun bn, c pht trin trong c hc . Chng hn, Hoek v Brown (1980) xut ng bao dng parabol nh trn hnh 3-51 v 3-52.

nn mt trc

nn ba trc

ko mt trc

Hnh 3-51. Tiu chun bn Hoek-Brown khng tuyn tnh


CHD/2005/C3 102

ng bao, do Hoek v Brown xut, c xc nh bi phng trnh

* **3 31 .* * *m s

N N N

= + + (3-13)

trong *N l bn nn n trc ca lin khi. Cc hng s m v s trong biu thc trn c xc nh t th biu din kt qu th nghim. Cho lin khi rn chc Hoek v Brown chn s =1.

nn ba trc

nn mt trc

ko mt trc

Ko Nn ng sut chnh nh nht

ng

sut

ch

nh l

n nh

t

Hnh 3-52. ng bao Mohr trong h trc cc ng sut php chnh

*1

*3


CHD/2005/C3 103

Cc biu trong hnh 3-53 l v d v kh nng x l kt qu theo tiu chun bn Mohr-Coulomb v tiu chun Hoek-Brown bng cc thit b th nghim hin i.

Hnh 3-53. V d kt qu x l theo iu kin bn Hoek-Brown


CHD/2005/C3 104

3.1.4. Nhn dng m hnh v xc nh tham s bin dng ca

Cc kt qu th nghim cho thy, cc biu hin bin dng ca cc loi rt a dng v phc tp. c th s dng c cc quy lut thc nghim vo vic nghin cu cc qu trnh bin i c hc, cn thit phi xc nh c m hnh c hc hp l cho cng nh khi .

Cho n nay, trong thc t phn ln mi dng li m hnh n hi, do vy cc tham s bin dng c cc nh thng l m un n hi, m un bin dng v h s Poisson. R rng l vi cc biu hin bin dng gii thiu, khng th ch dng li m hnh n hi, nu mun c c nhngc hnh nh hp l hn v cc qu trnh c hc.

Phng php chung nhn dng hay la chn m hnh hp l l: phn tch l thuyt cc biu hin ca cc m hnh, tng ng vi cc

iu kin th nghim; so snh cc biu biu hin thc nghim vi cc biu l thuyt.

M hnh c chn l m hnh c cc biu l thuyt gn ng nht vi cc biu thc nghim.

xc nh cc tham s c hc cho m hnh, trn c s cc kt qu thc nghim. Sau y phn tch mt v d vi m hnh n hi-nht-do gim bn

cp n trong mc 2.4.5.1.3., vi cc phng trnh trng thi (2-42a, 2-42b v 2-42c). M hnh n hi-nht-do c th xem l mt loi m hnh c hc tng qut, v n bao hm hu nh mi biu hin ca cc vt th a cht m bng phng tin hin ti c th kho st c. Cc m hnh khc c th xem l cc trng hp ring.

V cc th nghim n gin nht l nn n trc vi: tc tng ti khng i; tc bin dng khng i v ng sut khng i,

nn v d phn tch sau y cng xut pht t cc iu kin ny Biu hin khi nn n trc vi tc tng ti khng i ( v const = = )

Thay iu kin cht ti vo cc phng trnh trng thi, c ch n cc iu kin bin v iu kin ban u s nhn c cc kt qu sau y.

Chng no thnh phn ng sut tnh cn nh hn gii hn do ln nht, quan h gia ng sut v bin dng tun theo quy lut sau:


CHD/2005/C3 105

=

0

0 exp1wtE

wtE

(3-14)

Khi thnh phn ng sut tnh t tr s gii hn do trn, bin dng ton

phn nhn gi tr = * = ch*/E, cn ng sut gii hn ton phn bng *, xc nh theo biu thc:

( )* * *0 01 exp /ch vt vt = (3-15)

R rng l nu *ch v t0 l hng s th * cng ln khi tc tng ti cng ln. Trong giai on gim bn gia ng sut v bin dng ton phn c mi

quan h nh sau:

= 2*

0ch vtE N E NE N E N E

+

2* * *0

0

expch vtE N E N NN E N E E N vt

(3-16)

Qu trnh gim bn kt thc, khi bin dng ton phn t tr s gii

hn bng **= ch*/N. K hiu ng sut ton phn ti thi im ny l **, c:

2* * ** *

0

0

expch vtE N E N NN E N E E N vt

2 **

0vtE N E NN E N E

= 0 (3-17)

Tip theo l biu hin bin dng nht thun tu, tun theo quy lut:

( )2 **2*2

ch

N v

= + (3-18)


CHD/2005/C3 106

Vi cc kt qu thu c qua cc biu thc (3-14),(3-16) v (3-18) cho php din t biu hin bin dng ca m hnh trong iu kin nn n trc vi tc tng ti khng i nh trn hnh 3-57. Hnh 3-57. S biu hin bin dng ca m hnh c kho st khi v const = = .

Kt qu phn tch chng t rng, cc dng khc nhau ca biu ng sut- bin dng ph thuc vo biu hin ca m hnh v tc tng ti. Nu vt th c kho st c biu hin ph hu 'dn', th * c coi l gii hn ph hu ( bn nn n trc). Cn khi vt th c tnh do gim bn, c th gi thit l vt th b ph hu hon ton nu qu trnh gim bn kt thc; trong trng hp ny tr s ng sut ** c xem l gii hn ph hu. D nhn thy rng c * v ** u khng phi l hng s. Tr s ca chng ph thuc vo iu kin th nghim; trong trng hp ny l tc tng ti. Ngc li * v ** l nhng hng s, khng ph thuc vo iu kin th nghim.

Nu vt th c biu hin bin dng do l tng, tc l khng gim bn sau khi ng sut tnh (thnh phn ng sut tc dng ln m hnh n hi ni tip vi m hnh do) t gi tr *ch , th c biu din bng ng nt ri mnh, tun theo phng trnh sau:

= vvE

ddd

22

22 **2**2*

+ (3-19)

Biu hin trong iu kin tc bin dng khng i ( w const = = ) Vi iu kin v const = = , t (2-42a, 2-42b v 2-42c) nhn c

cc mi quan h sau y gia ng sut v bin dng ton phn. Chng no thnh phn ng sut tnh cn cha t c gii hn do

ln nht c: E w = + (3-20)

** *

** *

v const = =


CHD/2005/C3 107

n thi im ** /cht t Ew= = , thnh phn ng sut tnh (thnh phn tc dng ln nhnh m hnh n hi ni tip vi m hnh do gim bn) t gi tr gii hn chy (do) ln nht *ch v bin dng t i nhn gi tr gii hn tng ng ( * * /ch E = = ). Lc ny ng sut ton phn t gi tr ln nht, m khi phn tch th nghim vn hiu theo ngha thng thng l bn (hay gii hn bn) nn n trc *N . Nh vy, trong trng hp ny gia gii hn chy ln nht v bn nn n trc c mi quan h:

**chN w = + (3-21)

iu ny c ngha l cc tham s c hc *ch v * l xc nh cn bn nn ph thuc vo iu kin th nghim, c th l bn nn *N c gi tr cng ln khi tc bin dng c thc hin cng ln. Trong giai on gim bn thnh phn ng sut tnh v gii hn do u gim dn theo bin dng. Phng trnh vt l, biu th mi tng quan gia ng sut ton phn v bin dng ton phn tun theo quy lut sau:

( ) ( )*ch

E N wE N

= +

(3-22)

Qu trnh gim bn kt thc, khi bin dng ton phn cng nh bin

dng do cng t gi tr: *

** chd N

= = = (3-23)

Khi thnh phn ng sut tnh cng nh gii hn do ng **ch gim n 0. ng sut ton phn gim n tr s v v sau khng thay i trong sut qu trnh chy nht (ph hu ton phn). Gi tr ny c th xem l " bn nn d". ng nhin nh vy bn nn d ph thuc c bn vo ch th nghim c chn. Kt qu nhn c trn y c minh ho trn s hnh 3-55. Hnh 3-55. Biu l thuyt quan h - khi w const = = .

*N *ch

0N =

0


CHD/2005/C3 108

Cc phng trnh ch c ngha v do ** - * 0, khi m un gim

bn nhn cc gi tr trong khong xc nh sau: 0 N < E (3-24) N = 0 khi biu hin bin dng l do l tng; Gim bn tc thi, tc l ph hu dn khi N=E; Qu trnh gim bn din bin theo bin dng, nu 0 < N < E.

Trn biu hnh , ng nt lin, m biu th mi quan h gia ng sut v bin dng ton phn, ng nt ri biu din mi quan h gia thnh phn ng sut tnh v bin dng ton phn. Biu hin ca m hnh trong iu kin ng sut khng i ( 0 const = = )

Th nghim c thc hin trong ch ng sut khng bin i trong sut qu trnh th nghim c gi l th ngim t bin (hay th nghim ro). Trong iu kin ny, vi m hnh c xt, thnh phn ng sut tnh tng dn theo thi gian, cn thnh phn ng sut ng (tc dng ln nhnh m hnh nht) gim dn. Ch ti s bin i ca cc ng sut thnh phn v bin dng ton phn chng ta phn bit hai trng hp: 1. ng sut tc dng vo m hnh khng vt qu gii hn do ln nht, tc

l: *0 ch 2. ng sut tc dng vo m hnh vt qu gii hn do ln nht, ngha l:

*0 ch >

Trong trng hp th nht, m hnh c biu hin bin dng n hi-nht nh m hnh Kelvin. Gia bin dng t bin, thi gian v ng sut c mi quan h

( )0 0

0

1 exp /t tE

tE

=

= (3-25)

Trong trng hp *0 ch = , bin dng ton phn nhn gi tr gii hn ** /ch E = khi t. Nh vy gii hn do ln nht ca m hnh tng

ng vi bn lu di trong th nghim. * *ch = (3-26)


CHD/2005/C3 109

Trong trng hp th hai *0 ch > , khi u m hnh c biu hin bin dng n hi-nht cho n thi im t*, khi ng sut tnh t gi tr gii hn do ln nht *ch , c th l:

( )

* *

*0

/

1 exp */ch

t ch

E

t t

= =

= (3-27)

Thi im t = t* c xc nh theo biu thc:

( )*0 0 0* .ln / cht t = (3-28) Sau s xy ra qu trnh gim bn, c biu th bi mi quan h

sau:

= * *

*0

0

( ) exp 1ch chE N N t t

E EN E N t

+

(3-29)

Thi im kt thc qu trnh gim bn t** c xc nh theo biu thc sau:

** * *00 *

0

lnch

E N Et t t tN N

= + = =

(3-30)

Ti thi im ny, bin dng ton phn nhn gi tr = **. Sau thi im ny bin dng mang tnh nht thun tu v tng theo thi gian, c din t bi phng trnh sau:

* **0

0

ch t tN E t = + (3-31)

T cc biu thc (3-25), (3-29) v (3-31) c th biu din cc biu t bin nh trn hnh 3-56.

**

*

*0 ch >

*0 ch =

*0 ch <

tHnh 3-56. Biu t bin l thuyt


CHD/2005/C3 110

Xc nh cc tham s thc nghim E, N, , d*

xc nh cc tham s c trng cho m hnh c chn bao gm E, N, , d* c nhiu kh nng khc nhau. Cc kh nng ny ph thuc vo phng tin v k thut th nghim c th c. D nhin l ch bng th nghim n gin kh c th hiu r bn cht ca i tng nghin cu v do vic chn m hnh cng vi cc tham s c hc s thiu chnh xc, hoc rt phc tp.

Gi s chng tin hnh thc hin th nghim t bin cho mt loi no v trong qu trnh th nghim c ghi nhn c s ph thuc ca bin dng v tc bin dng vo thi gian. Kt qu th nghim c minh ho nh trn hnh 3-57. ' **

2 > d* * ' = '(t) 1 d* t* t** t Hnh 3-57. S xc nh cc tham s c hc xc nh cc tham s E v ch cn th t bin vi ng sut tc dng nh hn gii hn do ln nht. Trc tin, xc nh gn ng (bin dng khi t). V = 1 /E nn c E=1/ . Khi h s nht c tnh t biu thc:

( )1ln 1 /

EtE

=

(3-32)

Bng cch thay cc cp gi tr bt k (;t) ly t biu th nghim vi 1 v tr s E xc nh trn tnh c .

xc nh ch* v N, cn cos th t bin y , tc l c c giai on gim bn. Trong trng hp ny, ban u tc bin dng gim dn v sau khi xut hin qu trnh gim bn th tc bin dng tng nhanh. im thp nht ca th tc bin dng chnh l thi im t= t*, chnh l im khi u ca giai on gim bn v khi bin dng t gi tr *.


CHD/2005/C3 111

cng chnh l im un trn th t bin. T chng ta c ch* = E*. M un gim bn N c xc nh da vo gi tr bin dng ln nht ti thi im ph hu, kt thc gim bn ** v ch* theo biu thc: N= ch*/** (3-33)

Trn y trnh by mt cch tnh cc tham s t kt qu th nghim t bin. Tng t nh vy, cng c th phn tch xc nh cc tham s t cc th nghim khc, lu l c th thay i w v v trong cc lot th nghim khc nhau cho cng mt loi vt th. Trong thc t, khi iu kin k thut cho php cn thit phi xc nh cc tham s (hay ch tiu) c hc t cc th nghim khc nhau v sau tin hnh x l cc d liu nhn c mt cch hp l theo cc nguyn l xc sut, thng k.

Tích chất cơ học của đá-1

Documents

Transcript of Tích chất cơ học của đá-1